Une équipe de recherche du Département de physique et d'astronomie de l'Université de l'Iowa a récemment proposé une nouvelle solution théorique qui devrait « purifier » le flux de photons émis par les sources de lumière quantique à partir de la source, ouvrant la voie à une informatique quantique photonique et à des communications quantiques plus efficaces et plus sûres.
Dans la technologie quantique de photons existante, les sources de photons uniques constituent le cœur des circuits quantiques, mais l’obtention de flux de photons uniques stables et purs a toujours été confrontée à deux goulots d’étranglement techniques majeurs. Le premier est la diffusion laser : dans les expériences, les atomes sont généralement irradiés avec des lasers pour les stimuler à émettre des photons, mais en même temps, des photons diffusés supplémentaires sont introduits, ce qui équivaut à un « courant vagabond » dans le circuit optique, réduisant ainsi l'efficacité du système. Le deuxième problème vient des événements sporadiques d’émission multi-photons des atomes eux-mêmes. Lorsque les atomes libèrent plusieurs photons à la fois, le flux de photons qui devrait « passer en une seule file » est perturbé, affaiblissant la précision et la contrôlabilité du circuit quantique optique.
La principale conclusion de l’étude est que lorsque les atomes émettent occasionnellement des multiphotons, la distribution spectrale des couleurs et la forme d’onde de ces multiphotons sont très similaires à la lumière laser elle-même qui les excite. C'est cette similitude qui a amené les chercheurs à réaliser qu'ils pouvaient utiliser activement la diffusion laser, un composant initialement considéré comme du « bruit ». Grâce à un contrôle précis, la lumière diffusée par laser et l'émission multiphotonique peuvent interférer les unes avec les autres dans l'espace et la phase, annulant ainsi les photons inutiles en excès. Le modèle théorique présenté par l'équipe de recherche montre que dans des conditions appropriées, cette « assistance au bruit » peut supprimer de manière significative les composants multiphotons et conserver une sortie monophotonique plus pure.
Dans l’informatique quantique photonique, les informations sont transportées par des qubits tels que les photons. Par rapport aux bits électroniques traditionnels, les photons présentent des avantages en termes de vitesse, de perte de transmission et d'anti-interférence. C’est pourquoi ils sont considérés par de nombreuses start-ups comme l’une des voies techniques importantes pour l’avenir de l’informatique quantique et des communications quantiques. La contrôlabilité et la pureté des sources de photons uniques sont directement liées à l'évolutivité et à la sécurité du système : les flux de photons uniques ordonnés facilitent non seulement l'intégration de lignes à grande échelle, mais réduisent également le risque d'écoute clandestine ou de falsification d'informations pendant la transmission.
Ravitej Uppu, auteur correspondant de l'article et professeur adjoint au Département de physique et d'astronomie de l'Université de l'Iowa, a souligné qu'en contrôlant des paramètres tels que l'angle d'incidence et la forme du faisceau des atomes d'irradiation laser, les photons en excès peuvent être compensés avec précision en théorie, rendant le flux de photons restant "très pur". La recherche surmonte théoriquement les deux obstacles majeurs que sont la diffusion laser et l’émission multiphotonique et est considérée comme une étape importante dans l’accélération des circuits quantiques de photons et dans la promotion d’une nouvelle génération d’ordinateurs quantiques et de réseaux de communication sécurisés. Dans la prochaine étape, l’équipe prévoit de vérifier cette théorie en laboratoire et de fournir une voie de mise en œuvre technique réalisable pour les futurs dispositifs quantiques photoniques.
Selon certaines informations, la recherche, intitulée « Purification de source de photons uniques assistée par le bruit », a été publiée dans la revue Optica Quantum et a été financée par le Bureau du sous-secrétaire à la Défense pour la recherche et l'ingénierie et le bureau du vice-président à la recherche de l'Université de l'Iowa. Les chercheurs ont déclaré que si la vérification expérimentale se déroule sans problème, cette idée devrait être appliquée à diverses plates-formes quantiques de photons, fournissant ainsi de nouveaux outils techniques pour la construction de réseaux quantiques haute fidélité.
Compilé à partir de /ScitechDaily